Понять грядущее

Новые производственные технологии

Что, с кем и для кого развивать — УрФУ и АЦ «Эксперт» пытаются найти ответ на вопрос, как университетам встроиться в глобальные технологические тренды

УрФУ совместно с АЦ «Эксперт» закончил первый этап исследования, посвященного международному сотрудничеству в области новых производственных технологий (НПТ). Стадия промежуточная, однако у нее есть три очень важных результата. Первый — появление четкого понятия, списка и классификатора НПТ, второй — определение центров компетенций, третий — попытка создания методологии оценки спроса на перспективные научные разработки.

Заказчиком исследования выступило министерство образования и науки РФ. Цель чиновников прозрачна: сегодня перед рядом отечественных вузов стоит сложная задача — вой­ти в первую сотню трех авторитетных мировых рейтингов (Times Higher Education, QS и Шанхайского). Для этого университеты должны стоять на переднем крае технологий, им необходимо улавливать глобальные тренды и выстраивать под них научную и образовательную деятельность. Можно взглянуть на проблему шире — одним из ключевых вызовов, стоящих перед Россией, является модернизация экономики, перевод ее на инновационные рельсы. Но чтобы понять, куда двигаться, нужны ориентиры.

Куда идти

Первое, на чем сосредоточилась команда исследователей, — формирование глобального перечня технологических приоритетов. Базой стали 50 документов (госстратегии, форсайты, отчеты ведущих консалтинговых компаний и университетов) из 14 стран, среди которых США, Германия, Франция, Великобритания, Норвегия, Швеция, Бельгия, Япония, Южная Корея, а также БРиКС. Анализ их текстов позволил выделить 1082 перспективных направления.

Этот гигантский неструктурированный список подвергся машинной обработке. В итоге выявлено 476 приоритетов, встречающихся в двух и более документах. Затем за работу принялись эксперты. Они ликвидировали содержательные повторы, убрали технологии, не относящиеся к производственным (сельское хозяйство, медицина, транспорт). Список сократился еще в четыре раза и стал вполне удобоваримым для дальнейшего использования.

Исследователи обнаружили, что сто с небольшим технологий не являются однородными и попытались разделить их «по ролям». В итоге получилось три крупных блока. Первый — «ядро» — направления, принципиально изменяющие способ производства и кардинально увеличивающие его эффективность. Они основаны на прорывных научных разработках и ориентированы на кастомизацию конечного продукта и/или придание ему новых потребительских свойств. К ним, например, можно отнести аддитивные технологии, робототехнику, низкоуглеродную энергетику, биотех и межмашинное взаимодействие. Второй блок — «поддерживающий». Речь о разработках, необходимых для развития «ядра». Пример подобной связки: сенсоры — робототехника. Третий блок — «фундамент». Это базовые физические явления, которые могут служить базой для экономически значимых технологий (спинтроника, бионика, сверхпроводимость и другие, подробнее см. «Технологические приоритеты в области НПТ»).

Справедливости ради заметим, что попытки составить перечень и классификацию НПТ (и перспективных технологий в принципе) в России предпринимались и ранее. Однако формулировки этих исследований были слишком общими. В результате все сводилось к привычной пентаде «аддитивы — роботы — биотех/геномика — зеленая энергетика — искусственный интеллект». «Фишка» работы для Минобра — в разложении этой пентады на более мелкие составляющие и создании некой технологической «иерархии».

Кто идет

Второй блок работ еще масштабнее: исследователи поставили себе задачу выявить центры компетенций по каждой из сотни технологий. Для этого была проанализирована публикационная и грантовая активность вузов, изучен патентный ландшафт, а также существующие российские и международные кластеры.

Пойдем по порядку. Результаты наукометрического анализа с 2011 по 2016 год обнадеживающими назвать можно едва ли. Отечественные научные организации неплохо показывают себя, например, в теме технологий и средств производства материалов для 3D-печати (за нами 4% всех статей в мире). РАН в этой области выглядит вполне конкурентоспособной по сравнению с тройкой глобальных лидеров: ее сотрудники опубликовали с 2011-го 138 работ. Показатели китайских Central South University и University of Science and Technology Beijing — 199 и 179 соответственно, французского Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) — 152.

Относительно хорошо дела в России складываются в направлении новых материалов: на нашу страну приходится 2,8% статей в мире. Наравне с Китаем, Индией и Ираном РФ входит в список государств с самыми высокими темпами роста числа публикаций. Среди организаций-лидеров в этой области — РАН (девятое место на планете по числу научных работ), МГУ, СПбГУ ИТМО, Томский политех.

По другим направлениям результаты не столь выдающиеся. Так, доля отечественных работ о низкоуглеродной энергетике в общем количестве статей составляет 1,4% (среди лидеров — РАН, МГУ, Томский политех и МИФИ). В ИТ и биотехе результат и того меньше — 1,15% и 0,9% (наиболее заметные центры компетенций — РАН, МГУ, СПбГУ, Новосибирский госуниверситет, ИТМО). Да, в этих областях мы растем быстрее, чем подавляющее большинство стран, но это объясняется эффектом низкой базы. Есть подозрение, что в скором времени он будет исчерпан.

В робототехнике мы тоже не сильны. Для примера возьмем сегмент машинного зрения (ему посвящена половина из 50 тыс. публикаций, написанных о роботах с 2011 года). Лидером по числу статей здесь является Microsoft — 432. Больше 300 опубликовали ученые Tsinghua University, Chinese Academy of Sciences, Zhejiang University (все — Китай), Carnegie Mellon University (США) и ETH Zurich (Швейцария). Показатель нашего лидера — РАН — 103, а следующего за ним МГУ — всего 59.

Теперь о грантовой активности. Исследователи изучили конкурсные заявки, поданные в 2011 — 2016 годах коллаборациями российских и иностранных ученых и профинансированные отечественными или зарубежными фондами (среди них — РНФ, РФФИ, Horizon 2020, Седьмая рамочная программа, Программа Фулбрайта, Национальный научный фонд США и пр.). Детально на этом этапе удалось проанализировать только российские структуры: в РФФИ за пять лет поддержано 742 заявки, из них 119 — в области НПТ (примерно 40% поддержанных по этой теме заявок — новые материалы).

С 2011 года больше всех международных грантов, например, в области биотеха выиграл Казанский федеральный университет (КФУ), в направлении новых материалов лидера три — МГУ, Физический институт им. П.Н. Лебедева (Москва) и тот же КФУ.

Перейдем к патентному ландшафту. Для его составления анализировалось сразу девять параметров (среди них — общее число патентов, использование технологий в отраслях, цитирование, патентная кооперация, соотношение активности компаний и университетов, правовой статус патентов). Глубина поиска — 20 лет (вполне адекватный срок для подавляющего большинства технологий).

России в целом и отечественным университетам здесь похвастаться особо нечем. Мы, как правило, кратно (зачастую в десять-двадцать раз) уступаем лидерам в своих сегментах. На первом этапе исследования подробно анализировались области робототехники и аддитивов. Например, в секторе машинного зрения Китай за 20 лет подал 3243 заявки, США — 1352, а Россия — 16. В сегменте гибких производственных ячеек: Китай — 284, Япония — 124, Россия — 8. (Речь идет о распределении по странам подачи первой заявки: как правило, она подается в стране, где заявитель является резидентом и говорит о патентной активности резидентов этой страны в заданной технологической области.)

С аддитивами все тоже не слишком хорошо. Хотя здесь преимуществом, безусловно, обладают компании, которые производят материалы для 3D-принтеров и сами машины. Один из самых активных в мире университетов — Huazhong University of Science and Technology — обладает всего 15 патентами. Заметный российский игрок — Воронежский госуниверситет инженерных технологий (три патента). Остальные (например, Алтайский гостехуниверситет, Самарский государственный аэрокосмический университет, Сибирский индустриальный университет) защитили только одну разработку.

И совсем коротко о кластерах. В РФ, по данным Российской кластерной обсерватории, в области НПТ функционирует 13 объединений (например, Ядерно-инновационный кластер Димитровграда, Робоцентр Сколково, Кластер инновационных технологий Железногорска). Почти все проекты испытывают хроническое недофинансирование. Всерьез опираться на них в вопросе развития НПТ вряд ли возможно. Больший эффект можно получить от коллабораций с зарубежными кластерными структурами. Среди наиболее мощных — немецкие BioAlps и BioM (992 и 295 участников соответственно; специализация — биотех), датский Offshoreenergy.dk и швейцарский Energie-cluster.ch (270 и 480 участников; энергетика), голландский The Foundation Kennispark Twente и американский The MassTLC Robotics Cluster (425 и 180 участников; робототехника).

За чем идти

Третья часть исследования посвящена спросу на новые производственные технологии в России. Работа в этом направлении только стартовала, и пока речь идет о методологии. Однако даже она вызывает живой интерес экспертов. Подтверждение — состоявшееся обсуждение предлагаемого подхода в рамках международной выставки «Иннопром-2017».

Задачу оценки спроса на НПТ тривиальной не назовешь. Причины очевидны: каких-либо баз данных нет, ряд компаний попросту не осознает, что такое НПТ и зачем они нужны. В УрФУ и АЦ «Эксперт» решили разделить потребности на две большие группы. Первая — перспективные. Выявлять их предлагается двумя способами. Относительно простой — интервьюирование. Сложный — анализ патентной активности иностранных компаний (понятно, что Европа, США, Китай и Япония с точки зрения внедрения инноваций ушли далеко вперед) и экстраполяция этих результатов на отечественные производства.

Поясним на примере. Допустим, перед нами Alstom — компания, специализирующаяся на железнодорожном машиностроении (скоростные/высокоскоростные локомотивы, трамваи, тачки, тележки, вагонетки). Ее российское воплощение (с большим количеством оговорок, естественно) — Тихвинский вагоностроительный завод, «Уральские локомотивы», Трансмашхолдинг, Уралвагонзавод.

Самые «сильные» патенты Alstom, например, в области низкоуглеродной энергетики — Configurable Hybrid Converter Circuit, в сфере аддитивов — Method for Manufacturing a Three-dimensional Article, в робототехнике — Robot Platform for Remotely Controlled and/or Autonomous Inspection of Technical Facilities (мы специально не стали переводить названия патентов, чтобы не исказить их смысл). Можно предположить (опять-таки с миллионом оговорок), что в ближайшем будущем УВЗ или Трансмашу понадобятся именно эти технологии.

Вторая группа потребностей — текущие. Их предлагается оценивать по четырем параметрам: тендеры, проекты в рамках 218-го постановления (о кооперации предприятий, учреждений науки и вузов), проекты, поддержанные институтами развития и, наконец, проекты по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития НТК России на 2014 — 2020 годы». Быстрый анализ показывает, что, например, пермский «Авиадвигатель» в рамках постановления-218 реализует проект «Создание высокотехнологичного производства сложнопрофильных деталей перспективных газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения из отечественных металлических порошков на основе аддитивных технологий селективного лазерного сплавления с применением концепции бионического проектирования». А, скажем, НПО «Сатурн» — «Роботизированный комплекс автоматизированной штамповки лопаток компрессоров ГТД».

Экспресс-анализ тендеров демонстрирует нужду УВЗ в поставке и пуске в эксплуатацию роботизированного сварочного комплекса, поставке и пуске в эксплуатацию робота для установки/снятия деталей. Концерн «НПО “Аврора”» разместил заявку на локального робота-загрузчика HALTER LoadAssistant 20 для станков с ЧПУ, а также автоматизированную систему сбора стружки. НПО «Техномаш» нужны новые технологии неразрушающего контроля качества элементов перспективных жидкостных ракетных двигателей в части интеллектуального машинного зрения.

Безусловно, это только первые наметки механизмов выявления компетенций в области НПТ и мониторинга спроса на них. Все описанные методики необходимо совершенствовать, дополнять, «дотачивать». Однако уже на этом этапе модель выглядит достаточно жизнеспособной. А это означает, что в стране в ближайшей перспективе может появиться настоящая политика в области развития новых производственных технологий.        

Дополнительные материалы:

Таблица. Технологические приоритеты в области НТП